La capacità di distinguere la differenza tra cristalli che si formano naturalmente e quelle formate dalle attività umane può essere importante per gli archeologi sul campo. La possibiltà di accedere a questo tipo di informazioni cruciali nel determinare le attività umane che hanno avuto luogo in un sito archeologico sarebbe fondamentale per capire immediatamente lo svolgimento dello scavo.

Purtroppo questo tipo di analisi attualmente son condotte da laboratori specializzati esterni e per poter avere i risultati occorre aspettare settimane se non mesi.

Ora, però, un team internazionale di fisici, archeologi e scienziati dei materiali ha sviluppato un processo che può datare in pochi minuti l'origine dei campioni anche di migliaia di anni. Il nuovo dispositivo è facilmente trasportabile e le opere di "lifting off" l'impronta digitale spettrale avviene attraverso un procedimento che si basa sulla luce infrarossa.

Il primo materiale che è stato testato è la calcite, che si trova comunemente nelle rocce come il calcare, che costituisce più di milioni di anni nei sedimenti. Queste rocce possono contenere anche i gusci mineralizzati di creature marine. Nei siti archeologici si possono trovare tracce di calcite sia nella cenere, calce, o altri materiali di costruzione.

Nell'ultimo numero della rivista Advanced Materials, online il 17 novembre Stefano Curtarolo, professore associato di ingegneria meccanica e scienze dei materiali e di fisica della Duke University, e Kristin Poduska, professore associato di fisica alla Memorial University di Newfoundland, e dei loro colleghi della Weizmann Institute of Science in Israele, descrivono il nuovo approccio, che è già stato testato con successo in siti archeologici in Israele.

"La chiave per determinare l'origine di un campione è capire come la struttura cristallina è organizzata", ha detto Curtarolo. "Basta confrontare i cristalli di calcite ben organizzati ( che sono naturali ), mentre un materiale creato dagli esseri umani da calcite è di solito molto meno organizzata".

Tuttavia, l'interpretazione delle informazioni ottenute con metodi tradizionali è sicuramente preferibile, dal momento che fattori quali la dimensione delle particelle e l'allineamento degli atomi nei cristalli può inviare informazioni contrastanti.

"Per questo motivo, ottenere informazioni utili e affidabili sul campione di solito richiede un'attenta preparazione del campione e di lunga durata con attrezzature altamente specializzate", ha detto Poduska.

I ricercatori hanno usato la spettroscopia a raggi infrarossi per approfittare del fatto che diverse unità molecolari assorbono la luce in modo diverso, dando distinti picchi spettrali, o impronte molecolari. Hanno messo un campione attraverso una serie di rettifiche - a volte fino a una dozzina - ottenendo dettagliate letture spettroscopiche infrarossa da ciascuno di essi. Analizzando i picchi di assorbimento in diversi punti del processo di rettifica si ottengono delle informazioni utili per datare il campione.

Ad esempio, Curtarolo ha detto, un archeologo scopre un campione e sa che è calcite, ma ciò che non può essere determinato presso il sito è se si tratta di un minerale presente in natura, o un materiale da costruzione fatta di calcite. L'intonaco è costituito da calcare riscaldato, attraverso processi macinazione e la miscelazione con acqua.

"Abbiamo dimostrato sul campo che il nostro metodo può rilevare rapidamente sottili differenze nell'organizzazione di un cristallo, scindendo i due fattori che influenzano i picchi spettrali", ha detto Poduska. "Il nostro metodo è particolarmente potente perché la misura diretta della dimensione delle particelle non è necessaria, e può essere utilizzato con qualsiasi cristallo che può essere eccitata da luce infrarossa".

L'estate scorsa, una squadra di archeologi e scienziati del Weizmann Institute testato con successo il nuovo approccio su un antico sito nel centro di Israele a Tel Safit, vicino a dove David si pensa abbia ucciso Golia.

"Ogni volta che hanno trovato qualcosa di bianco, ci hanno chiamati per fare il test, " ha detto Poduska. "Siamo stati in grado di confermare se il campione era di roccia o gesso, e questo fatto ci ha aiutato a decidere come procedere negli scavi."

Altri membri della squadra, del Weizmann Institute of Science, sono stati i biologi strutturali Steve Weiner e Lia Addadi, fisico nucleare Elisabetta Boaretto, studente di dottorato Lior Regev, e il fisico teorico Leeor Kronik.

I ricercatori sono stati sostenuti dal Weizmann Institute ed il Lize Meitner Minerva Center for Computational Chimica Quantistica e la National Science Foundation.